SISTEMA Y MÉTODO PARA MEDIR DISTANCIAS, DESPLAZAMIENTOS Y ACCIONES MECÁNICAS.

Transductor óptico adaptado para detectar acciones mecánicas externas que actúan sobre dicho transductor,

comprendiendo dicho transductor al menos una trayectoria óptica de detección (5) adaptada para transmitir al menos una señal óptica periódica de detección (b'), comprendiendo dicha al menos una trayectoria óptica de detección (5) medios de emisión ópticos (3) adaptados para recibir al menos una señal eléctrica periódica de detección de entrada (b) y para convertir dicha al menos una señal eléctrica periódica de detección de entrada (b) en dicha al menos una señal óptica periódica de detección (b') junto con medios de recepción ópticos (6) adaptados para recibir dicha al menos una señal óptica periódica de detección (b') y para convertir dicha al menos una señal óptica (b') en dicha al menos una señal eléctrica periódica de detección (d); al menos una trayectoria de referencia (4) adaptada para recibir una señal eléctrica periódica (c) y para emitir al menos una señal de referencia eléctrica de salida periódica (e); caracterizándose dicho transductor óptico porque dicho transductor comprende medios de generación (1) adaptados para generar una primera señal eléctrica periódica (a) de una frecuencia predefinida, junto con medios de división (2) adaptados para dividir dicha primera señal eléctrica periódica (a) en dicha señal eléctrica periódica de detección de entrada (b) y dicha señal eléctrica periódica (c) que entran en dichos medios de emisión ópticos (3) y dicha trayectoria de referencia (4), respectivamente, de modo que dichas señales eléctricas periódicas (b) y (c) tengan la misma frecuencia; y porque dicha trayectoria óptica de detección (5) comprende dos partes rectilíneas dispuestas en paralelo entre sí y unidas por una parte curva, comprendiendo al menos una parte (5') de cada una de dichas partes rectilíneas de dicha al menos una trayectoria óptica (5) una fibra óptica adaptada para exponerse a acciones mecánicas externas, dando como resultado la modificación de la longitud Ls de dichas fibras ópticas y la transmisión de dicha señal (b') óptica periódica de detección a través de dicha trayectoria óptica de detección, dando como resultado la generación de un desplazamiento de fase entre dicha señal eléctrica periódica de detección (d) y dicha señal eléctrica periódica de referencia (e); y porque dicha al menos una trayectoria (4) de referencia comprende medios (11) de desplazamiento de fase que mantienen el desplazamiento de fase entre dicha al menos una señal eléctrica de detección periódica de salida (d) y dicha al menos una señal eléctrica de referencia periódica de salida (e) a un valor constante en ausencia de cualquier acción mecánica ejercida sobre dicha fibra óptica

CAMPO DE LA PRESENTE INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la medición de distancias, desplazamientos y fuerzas. En particular, la presente invención se refiere a la medición de desplazamientos provocados por fuerzas mecánicas, tales como, por 5 ejemplo, tracciones o compresiones y las fuerzas relativas que producen dichos desplazamientos. Más detalladamente, la presente invención se refiere a la medición de desplazamientos y fuerzas usando transductores ópticos. Más detalladamente aún, la presente invención se refiere a la medición de desplazamientos y fuerzas usando transductores ópticos y/o sensores que comprenden componentes de fibra óptica de bajo coste. Finalmente, la presente invención se refiere a un método, un dispositivo y un sistema para medir distancias, desplazamientos y 10 fuerzas, comprendiendo dicho dispositivo y sistema transductores ópticos y/o sensores de bajo coste.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Durante los últimos años, se ha dedicado gran cantidad de trabajo de desarrollo a la provisión de dispositivos adaptados para medir y/o detectar fuerzas y desplazamientos mecánicos de manera muy fiable. De entre los dispositivos y sistemas desarrollados y propuestos, los sistemas y dispositivos basados en conjuntos 15 electrónicos muy sofisticados se convirtieron en los dispositivos y sistemas usados de manera más generalizada. Esto se debió, en particular, al hecho de que el desarrollo en el sector de los circuitos integrados y la correspondiente reducción en tamaño de circuitos que ponen en práctica funciones muy complicadas, permitió la provisión de transductores electrónicos muy pequeños, adaptados para usarse con diferentes fines y en condiciones muy difíciles. Por ejemplo, se conocen transductores electrónicos, cuyo tamaño se mantiene por debajo de unos 20 pocos milímetros cúbicos. Además, los últimos desarrollos en el campo de los medios informáticos, en particular, en el campo del software adaptado para el tratamiento de enormes cantidades de datos en cada vez menos tiempo, permitieron tratar los datos detectados por los transductores electrónicos de una manera automática y fiable. Finalmente, los costes cada vez menores de los sistemas electrónicos, permitieron contener los costes de producción de transductores electrónicos, permitiendo así usar dichos transductores electrónicos para diversos fines 25 y aplicaciones.

Sin embargo, a pesar de todas las ventajas citadas anteriormente que ofrecían los transductores electrónicos, dichos transductores electrónicos no carecen de inconvenientes. El inconveniente más relevante que afecta a los transductores electrónicos surge del hecho de que es necesaria corriente eléctrica para hacer funcionar los transductores electrónicos. Se aprecia que en el caso de la fuerza que actúa sobre un transductor electrónico, la 30 corriente eléctrica que fluye a través del transductor se ve influenciada por la fuerza que actúa sobre el mismo, de modo que las variaciones en el flujo de corriente pueden detectarse y usarse para obtener una indicación de la intensidad de la fuerza que actúa sobre el transductor. Sin embargo, la corriente eléctrica que fluye a través de los transductores electrónicos también puede verse influenciada por el entorno externo, haciendo así los transductores electrónicos menos fiables para aplicaciones en entornos críticos, tales como en estructuras expuestas a descargas 35 electrostáticas durante tormentas eléctricas o en instalaciones industriales con ruido electromagnético. Además, puede resultar difícil o arriesgado usar transductores electrónicos en áreas de almacenamiento de materiales sumamente inflamables. Finalmente, algunos transductores electrónicos tampoco son adecuados para aplicaciones biomédicas debido a que puede darse un riesgo de electrocución.

Por consiguiente, en vista de los problemas explicados anteriormente, sería deseable proporcionar una 40 tecnología que pueda resolver o reducir estos problemas. En particular, sería deseable proporcionar transductores adecuados para usarse en estructuras expuestas a descargas electrostáticas y/o en instalaciones industriales con ruido, o incluso en áreas de almacenamiento de materiales sumamente inflamables. Del mismo modo, sería deseable proporcionar transductores para medir y/o detectar fuerzas, adecuados para usarse para aplicaciones biomédicas. Además, sería deseable proporcionar transductores caracterizados por un bajo coste, peso ligero, 45 tamaño reducido y mínima invasividad. También sería deseable proporcionar transductores con el fin de medir de manera fiable fuerzas y desplazamientos, que sea posible usarlos en combinación con equipos de bajo coste, sencillos y ampliamente conocidos.

En los últimos años se han realizado varios intentos por superar los inconvenientes que afectan a los sistemas electrónicos de medición de fuerzas. En particular, en los últimos años, se han dedicado algunos esfuerzos 50 al desarrollo de transductores ópticos para medir fuerzas y los desplazamientos que provocan. Muchos de estos transductores ópticos se basan en la consideración de que pueden medirse y/o detectarse fuerzas usando evaluaciones de los efectos sobre la luz transmitida a través de una trayectoria óptica provocados por las fuerzas que actúan, ya sea directa o indirectamente, sobre dicha trayectoria óptica. En particular, el principio de funcionamiento de muchos transductores ópticos se basa en la variación en la fotocorriente detectada en la salida de 55 una trayectoria óptica como consecuencia de una variación en la atenuación del empalme debido a la fuerza que está sometiéndose a prueba. De hecho, se ha observado que puede establecerse una relación entre la fotocorriente detectada en la salida de una trayectoria óptica y el esfuerzo mecánico que actúa sobre dicha trayectoria mecánica. Por desgracia, sin embargo, los transductores ópticos conocidos tampoco carecen de inconvenientes y algunos de ellos tampoco son tan fiables como se desearía. Finalmente, el ensamblaje y fabricación de muchos de los 60 transductores ópticos conocidos es bastante dificultoso y, por tanto, bastante caro.

Ejemplos de transductores ópticos de la técnica anterior pueden encontrarse en los documentos US-B-6236 488 y EP-A-1152 259, respectivamente.

Un dispositivo para modificar la longitud de la trayectoria de transmisión de ondas electromagnéticas se conoce por el documento EP1274680.

Por tanto sería deseable proporcionar transductores ópticos que permitan superar los inconvenientes que 5 afectan a los transductores ópticos de la técnica anterior tales como, por ejemplo, fiabilidad reducida, gama de aplicaciones reducida, y costes elevados, manteniendo al mismo tiempo una sensibilidad satisfactoria.

SUMARIO DE LA PRESENTE INVENCIÓN

En general, la presente invención se basa en la consideración de que pueden detectarse y/o medirse fuerzas, en particular, fuerzas y/o acciones mecánicas tales como tracciones y/o compresiones usando las 10 variaciones de la luz a través de una trayectoria óptica provocadas por dichas acciones mecánicas que actúan, ya sea directa o indirectamente, sobre dicha trayectoria óptica. En particular, el principio de funcionamiento de la presente invención se basa en la consideración de que la variación de la longitud de una trayectoria óptica debido a una fuerza mecánica que actúa sobre dicha trayectoria mecánica hace que la fase de una señal óptica transmitida a través de dicha trayectoria óptica se desplace y/o se modifique de modo que, si dicha señal óptica, al salir de dicha 15 trayectoria óptica, se convierte en una señal eléctrica, la variación de la longitud de la trayectoria óptica da como resultado que la fase de dicha señal eléctrica también se desplaza y/o modifica, difiriendo así de la fase que esta señal eléctrica habría tenido en ausencia de cualquier acción mecánica que actuara sobre la misma. Por consiguiente, si se usa una segunda trayectoria, pongamos una trayectoria de referencia, estando dicha segunda trayectoria adaptada para emitir una señal eléctrica de referencia y no estando sujeta a las acciones mecánicas que 20 actúan sobre la trayectoria óptica (la trayectoria de detección), la señal eléctrica que sale de la trayectoria óptica de detección tendrá una fase diferente a la de la señal eléctrica que sale de la trayectoria de referencia, estando dicha diferencia relacionada con la variación de la longitud provocada por una acción mecánica que actúa sobre la trayectoria óptica de detección. Por consiguiente, comparando las fases de las señales en la salida...

1. Transductor óptico adaptado para detectar acciones mecánicas externas que actúan sobre dicho transductor, comprendiendo dicho transductor

al menos una trayectoria óptica de detección (5) adaptada para transmitir al menos una señal óptica periódica de detección (b'), comprendiendo dicha al menos una trayectoria óptica de detección (5) medios 5 de emisión ópticos (3) adaptados para recibir al menos una señal eléctrica periódica de detección de entrada (b) y para convertir dicha al menos una señal eléctrica periódica de detección de entrada (b) en dicha al menos una señal óptica periódica de detección (b') junto con medios de recepción ópticos (6) adaptados para recibir dicha al menos una señal óptica periódica de detección (b') y para convertir dicha al menos una señal óptica (b') en dicha al menos una señal eléctrica periódica de detección (d); 10

al menos una trayectoria de referencia (4) adaptada para recibir una señal eléctrica periódica (c) y para emitir al menos una señal de referencia eléctrica de salida periódica (e);

caracterizándose dicho transductor óptico porque

dicho transductor comprende medios de generación (1) adaptados para generar una primera señal eléctrica periódica (a) de una frecuencia predefinida, junto con medios de división (2) adaptados para dividir dicha 15 primera señal eléctrica periódica (a) en dicha señal eléctrica periódica de detección de entrada (b) y dicha señal eléctrica periódica (c) que entran en dichos medios de emisión ópticos (3) y dicha trayectoria de referencia (4), respectivamente, de modo que dichas señales eléctricas periódicas (b) y (c) tengan la misma frecuencia; y porque

dicha trayectoria óptica de detección (5) comprende dos partes rectilíneas dispuestas en paralelo entre sí y 20 unidas por una parte curva,

comprendiendo al menos una parte (5') de cada una de dichas partes rectilíneas de dicha al menos una trayectoria óptica (5) una fibra óptica adaptada para exponerse a acciones mecánicas externas, dando como resultado la modificación de la longitud Ls de dichas fibras ópticas y la transmisión de dicha señal (b') óptica periódica de detección a través de dicha trayectoria óptica de detección, dando como resultado la 25 generación de un desplazamiento de fase entre dicha señal eléctrica periódica de detección (d) y dicha señal eléctrica periódica de referencia (e); y porque

dicha al menos una trayectoria (4) de referencia comprende medios (11) de desplazamiento de fase que mantienen el desplazamiento de fase entre dicha al menos una señal eléctrica de detección periódica de salida (d) y dicha al menos una señal eléctrica de referencia periódica de salida (e) a un valor constante en 30 ausencia de cualquier acción mecánica ejercida sobre dicha fibra óptica.

2. Transductor óptico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de desplazamiento de fase se ajustan para mantener el desplazamiento de fase entre dicha al menos una señal eléctrica de detección periódica (d) y dicha al menos una señal de referencia eléctrica periódica (e) a un valor constante correspondiente a aproximadamente 90 grados. 35

3. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dichos medios de recepción ópticos (6) comprenden un fotodiodo.

4. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dichos medios de recepción ópticos (6) comprenden un fototransitor o similar.

5. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichos medios de emisión 40 ópticos (3) comprenden un led.

6. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichos medios de emisión ópticos comprenden un diodo láser.

7. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dichas fibras ópticas son fibras ópticas poliméricas POF. 45

8. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicha al menos una trayectoria (4) de referencia comprende un hilo de cobre.

9. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicha al menos una trayectoria (4) de referencia comprende un cable coaxial.

10. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicha al menos una 50 trayectoria de referencia (4) comprende una trayectoria óptica de referencia adaptada para transmitir al menos una señal óptica periódica de referencia y medios de recepción ópticos adaptados para recibir dicha al menos una señal de referencia óptica periódica y para convertir dicha al menos una señal de referencia óptica periódica en dicha al menos una señal eléctrica periódica de referencia (e).

11. Transductor óptico según la reivindicación 10, caracterizado porque dicha al menos una trayectoria de 55

referencia comprende medios de emisión ópticos adaptados para recibir al menos una señal de referencia periódica eléctrica (c) y para convertir dicha al menos una señal de referencia periódica eléctrica (c) en dicha al menos una señal óptica periódica de referencia.

12. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 10 y 11, caracterizado porque dicha trayectoria óptica de referencia comprende una fibra óptica. 5

13. Transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque dicho transductor óptico comprende una pluralidad de trayectorias ópticas de detección (51 - 5n) adaptada cada una para transmitir al menos una correspondiente señal óptica periódica de detección (b'1 - b'n) y para emitir al menos una correspondiente señal eléctrica periódica de salida de detección (d1 - dn) y comprendiendo cada una al menos dos partes rectilíneas dispuestas en paralelo entre sí y unidas por una parte curva y adaptadas para 10 exponerse a acciones mecánicas externas, y porque dicho transductor óptico comprende una trayectoria de referencia (4) adaptada para emitir al menos una señal eléctrica periódica (e).

14. Dispositivo de medición para medir y/o detectar acciones mecánicas; caracterizado porque comprende al menos un transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 a 13 y medios de medición (7) adaptados para medir el desplazamiento de fase entre dicha al menos una señal eléctrica periódica de detección (d) y 15 dicha al menos una señal eléctrica periódica de referencia (e).

15. Dispositivo de medición según la reivindicación 14, caracterizado porque dichos medios de medición (7) están adaptados para recoger dicha al menos una señal de referencia eléctrica periódica de salida (e) y dicha al menos una señal eléctrica de detección periódica de salida (d) y para emitir una señal eléctrica periódica de salida (f) de modo que el desplazamiento de fase entre dicha al menos una señal eléctrica de 20 referencia de salida (e) y dicha al menos una señal eléctrica de detección de salida (d) puedan medirse como una función de la amplitud de dicha señal eléctrica de salida (f).

16. Dispositivo de medición según una de las reivindicaciones 14 a 15, caracterizado porque comprende primeros medios de medición (7') y segundos medios de medición (7''), estando dichos primeros medios de medición adaptados para recoger dicha al menos una señal eléctrica periódica de detección (d) y dicha al 25 menos una señal eléctrica periódica de referencia (e) y para emitir una primera señal eléctrica periódica de salida (f), estando dichos segundos medios de medición (7'') adaptados para recoger dicha al menos una señal eléctrica periódica de detección de salida (d) y una señal eléctrica periódica de referencia (h) desplazadas en fase 90 grados con respecto a dicha señal eléctrica periódica de referencia (e) y para emitir una segunda señal eléctrica periódica de salida (l) de modo que el desplazamiento de fase entre dicha al 30 menos una señal eléctrica periódica de referencia (e) y dicha al menos una señal eléctrica periódica de detección (d) pueda medirse como una función de la amplitud de una o ambas de dichas señales eléctricas periódicas de salida (f) y (l).